具有富电子Pt^δ-壳层的空心AgPt@Pt核壳催化剂：提升光催化H₂O₂生成选择性与活性

摘要

铂（Pt）作为优异的氧还原助催化剂，在光催化产H₂O₂方面具有巨大潜力。然而，Pt对O₂的吸附能力过强，易使O―O键裂解，从而降低2电子氧还原反应（ORR）生成H₂O₂的选择性。在本研究中，通过调节助剂结构改变Pt的电子结构，从而削弱Pt―O键的强度。本文通过两步光沉积法在BiVO₄的（010）面上连续修饰了铂和银助催化剂。由于在此过程中存在置换反应，最终合成了一种具有中空Ag Pt合金核和富电子Pt^δ-壳（AgPt@Pt）结构的协同催化剂。光催化实验结果表明：修饰空心结构AgPt@Pt助剂的BiVO₄产生H₂O₂的速率达到了1021.5μmol·L^-1，且其对应的量子效率（AQE）为5.07%，是Pt/BiVO₄光催化剂(35.7μmol·L^-1)的28.6倍。此外，密度泛函理论计算和X射线光电子能谱表征表明：AgPt合金向Pt壳转移电子，生成富电子的Pt^δ-活性位点，进而增加了AgPt@Pt助催化剂中Pt―O_ads反键轨道的占有率。这种电子再分布削弱了O₂在Pt上的吸附强度，促进了2电子ORR反应，并显著提高了H₂O₂的生成效率。这一合成策略为制备具有更高H₂O₂选择性的铂基纳米助催化剂提供了可靠的方法。

关键词

光催化 / 富电子Pt^δ- / O₂吸附 / H₂O₂ / BiVO₄

基金资助

国家自然科学基金(22178276); 国家资助博士后研究人员计划(GZC20240888); 武汉理工大学国家大学生创新创业训练计划(S202410497023)资助